Научно-практический журнал
«Клиническая физиология кровообращения»

Главный редактор

Лео Антонович Бокерия, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН и РАМН, президент ФГБУ «НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева» МЗ РФ


Математическое моделирование различных деформаций внутренней сонной артерии

Авторы: Хетеева Э.Э.1 2, Виноградов Р.А.1 2, Захаров Ю.Н.3 4, Борисов В.Г.3 4, Зяблова Е.И.1 2, Дербилова В.П.1 2, Виноградова Э.Р.1

Организация:
1 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный медицинский университет» Минздрава России, Краснодар, Российская Федерация
2 ГБУЗ «Научно-исследовательский институт – Краевая клиническая больница № 1 им. проф. С.В. Очаповского», Краснодар, Российская Федерация
3 ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», Кемерово, Российская Федерация
4 ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий», Новосибирск, Российская Федерация

Для корреспонденции: Сведения доступны для зарегистрированных пользователей.

Раздел: Клиническая физиология регионарного кровообращения

DOI: https://doi.org/10.24022/1814- 6910-2023-20-4-362-370

УДК: 616.133.3-007.2

Библиографическая ссылка: Клиническая физиология кровообращения. 2023; 4 (20): 362-370

Цитировать как: Хетеева Э.Э. , Виноградов Р.А. , Захаров Ю.Н. , Борисов В.Г. , Зяблова Е.И. , Дербилова В.П. , Виноградова Э.Р.. Математическое моделирование различных деформаций внутренней сонной артерии. Клиническая физиология кровообращения. 2023; 4 (20): 362-370. DOI: 10.24022/1814- 6910-2023-20-4-362-370

Ключевые слова: патологическая извитость внутренней сонной артерии, математическое моделирование, гидродинамика, пристеночное напряжение сдвига

Поступила / Принята к печати:  07.09.2023 / 29.11.2023

Скачать (Download)
Полнотекстовая версия:  

Аннотация

Введение. Морфологические аномалии экстракраниальной внутренней сонной артерии (ВСА) нередко встречаются в общей популяции и составляют от 10 до 45%. Клиническая значимость долихоартериопатий обусловлена их предполагаемой связью со снижением мозгового кровотока и риском развития инсульта. Математическое моделирование активно развивается и позволяет построить полную модель геометрии сосуда с учетом индивидуальных особенностей.

Цель исследования – изучить особенности потока крови при различных вариантах патологической извитости ВСА путем математического моделирования.

Материал и методы. Были изучены компьютерно-томографические снимки 36 внутренних сонных артерий с диагнозом патологической извитости ВСА согласно основной классификации J. Weibel, W. Fields (1965 г.). Методами вычислительной гидродинамики моделировали трехмерное нестационарное периодическое течение крови в извитой ВСА. Для построения геометрической модели сосуда и скоростных характеристик кровотока и для построения расчетных сеток использовали приложения ClearCanvas, SimVascular, MeshMixer. Для выполнения численных расчетов применяли приложение SimVascular.

В исследуемых артериях измерялся диаметр в поперечных сечениях, анализировалось распределение пристеночного напряжения сдвига. Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета прикладных программ IBM SPSS Statistics 26. В связи с неправильностью распределения выборки были использованы непараметрические методы статистического анализа. Пороговое значение уровня значимости принято равным 0,05. Достоверность различий между группами оценивали с помощью критерия Краскела–Уоллиса.

Результаты. Результаты проведенного моделирования демонстрируют неоднородность потока и его характеристик в извитом сосуде. В ходе вычисления новых гемодинамических переменных обнаружено, что превышение пикового пристеночного напряжения сдвига наблюдается при всех видах деформаций. Обращает на себя внимание тот факт, что инсульт или транзиторная ишемическая атака наблюдались у пациентов с различными деформациями ВСА. Заключение. Метод математического моделирования дает возможность оценить нарушения гемодинамики при деформациях внутренней сонной артерии. Метод вычислительной гидродинамики по-казывает значительную неоднородность потока при деформациях ВСА. Критическое повышение величины пристеночного напряжения сдвига может отмечаться при любом типе деформации ВСА.

Литература

  1. Национальные российские рекомендации по ведению пациентов с заболеваниями брахиоцефальных артерий. Москва; 2013. http://angiosurgery.org/recommendations/2013/recommendations_brachiocephalic.pdf (дата доступа 19.08.2023)
  2. Казанчян П.О., Валиков Е.А. Патологические деформации внутренних сонных артерий. М.; 2005.
  3. Хорев Н.Г., Беллер А.В., Шойхет Я.Н., Куликов В.П. Хирургическое лечение патологической извитости внутренней сонной артерии у детей. Барнаул; 2004. Khorev N.G., Beller A.V., Shoykhet I.N., Kulikov V.P. Surgical treatment of pathological tortuosity of the internal carotid artery in children. Barnaul; 2004 (in Russ.).
  4. Ballotta E., Thiene G., Baracchini C., Ermani M., Militello C., Da Giau G. et al. Surgical vs medical treatment for isolated internal carotid artery elongation with coiling or kinking in symptomatic patients: a prospective randomized clinical study. J. Vasc. Surg. 2005; 42 (5): 838–46. DOI: 10. 1016/j.jvs.2005.07.034
  5. Кирсанов Р.И., Куликов В.П. Винтовое (вращательно-поступательное) движение крови в сердечно- сосудистой системе. Успехи физиологических наук. 2013; 44 (2): 62–78.
  6. Синельников Ю.С., Арутюнян В.Б., Породиков А.А. Применение математического моделирования для оценки результатов формирования системно-легочных анастомозов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2020; 24 (3): 45–61. DOI: 10.21688/1681-3472-2020-3-45-61
  7. Борисов В.Г., Захаров Ю.Н., Шокин Ю.И., Овчаренко Е.А., Клышников К.Ю., Сизова И.Н. и др. Численный метод прогнозирования гемодинамических эффектов в сосудистых протезах. Сибирский журнал вычислительной математики. 2019; 22 (4): 399–414. DOI: 10.15372/SJNM20190402
  8. Дербилова В.П., Виноградов Р.А., Захаров Ю.Н., Борисов В.Г., Трегубенко К.А., Мещерякова О.М. и др. Компьютерное моделирование гемодинамических показателей в нормальной бифуркации общей сонной артерии. Ангиология и сосудистая хирургия. 2022; 28 (1): 29–35. DOI: 10.33029/1027-6661-2022-28-1-29-35
  9. Коссович Л.Ю., Морозов К.М., Павлова О.Е. Биомеханика сонной артерии человека с патологической извитостью. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2013; 13 (3): 76–82. DOI: 10.18500/1816-9791-2013-13-3-76-82
  10. Павлова О.Е., Иванов Д.В., Грамакова А.А., Морозов К.М., Суслов И.И. Гемодинамика и механическое поведение бифуркации сонной артерии с патологической извитостью. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2010; 10 (2): 66–73. DOI: 10.18500/1816-9791-2010-10-2-66-73
  11. Wang L., Zhao F., Wang D., Hu S., Liu J., Zhou Z. et al. Pressure drop in tortuosity/kinking of the internal carotid artery: simulation and clinical investigation. Biomed. Res. Int. 2016. DOI: 10.1155/2016/2428970
  12. Sharzehee M., Fatemifar F., Han H.C. Computational simulations of the helical buckling behavior of blood vessels. Int. J. Numer. Method. Biomed. Eng. 2019; 35 (12): 3277. DOI: 10.1002/cnm.3277
  13. Younis H.F., Kaazempur-Mofrad M.R., Chan R.C., Isasi A.G., Hinton D.P., Chau A.H. et al. Hemodynamics and wall mechanics in human carotid bifurcation and its consequences for atherogenesis: investigation of inter-individual variation. Biomech. Model. Mechanobiol. 2004; 3 (1): 17–32. DOI: 10.1007/s10237-004-0046-7
  14. Хетеева Э.Э., Виноградова Э.Р., Зяблова Е.И., Мирзаева М.А., Дербилова В.П. Индекс извитости внутренней сонной артерии как возможный предиктор инсульта. Диагностическая и интервенционная радиология. 2023; 17 (2): 6–12. DOI: 10.25512/DIR.2023.17.2.01
****
  1. National guidelines for the management of patients with brachiocephalic artery disease. Moscow; 2013. http://angiosurgery.org/recommendations/2013/recommendations_brachiocephalic.pdfdf (in Russ.) (accessed August 19, 2023)
  2. Kazanchyan P.O., Valikov E.A. Pathological deformities of internal carotid arteries. Moscow; 2005 (in Russ.).
  3. Khorev N.G., Beller A.V., Shoykhet I.N., Kulikov V.P. Surgical treatment of pathological tortuosity of the internal carotid artery in children. Barnaul; 2004 (in Russ.).
  4. Ballotta E., Thiene G., Baracchini C., Ermani M., Militello C., Da Giau G. et al. Surgical vs medical treatment for isolated internal carotid artery elongation with coiling or kinking in symptomatic patients: a prospective randomized clinical study. J. Vasc. Surg. 2005; 42 (5): 838–46. DOI: 10. 1016/j.jvs.2005.07.034
  5. Kirsanov R.I., Kulikov V.P. Helical (rotational-translational) movement of blood in the cardiovascular system. Successes of the Physiological Sciences. 2013; 44 (2): 62–78 (in Russ.).
  6. Sinelnikov Yu.S., Harutyunyan V.B., Porodikov A.A. The use of mathematical modeling to evaluate the results of the formation of systemic pulmonary anastomoses. Pathology of Blood Circulation and Cardiac Surgery. 2020; 24 (3): 45–61 (in Russ.). DOI: 10.21688/1681-3472-2020-3-45-61
  7. Borisov V.G., Zakharov Yu.N., Shokin Yu.I., Ovcharenko E.A., Klishnikov K.Yu., Sizova I.N. et al. A numerical method for predicting hemodynamic effects in vascular prostheses. Siberian Mathematical Journal. 2019; 22 (4): 399–414 (in Russ.). DOI: 10.15372/SJNM20190402
  8. Derbilova V.P., Vinogradov R.A., Zakharov Yu.N., Borisov V.G., Tregubenko K.Y., Mesheryakova O.M. Computer simulation of hemodynamic parameters in the normal bifurcation of the common carotid artery. Angiology and Vascular Surgery. 2022: 28 (1): 29–35 (in Russ.). DOI: 10.33029/1027-6661-2022-28-1-29-35
  9. Kossovich L.Yu., Morozov K.M., Pavlova O.E. Biomechanics of the carotid artery of a person with pathological tortuosity. News of the Saratov University. A new series. Series: Mathematics. Mechanics. Computer Science. 2013; 13 (3): 76–82 (in Russ.). DOI: 10.18500/1816-9791-2013-13-3-76-82
  10. Pavlova O.E., Ivanov D.V., Gromakova A.A., Morozov K.M., Suslov I.I. Hemodynamics and mechanical behavior of carotid artery bifurcation with pathological tortuosity. News of the Saratov University. A new series. Series: Mathematics. Mechanics. Computer Science. 2010; 10 (2): 66–73 (in Russ.). DOI 10.18500/1816-9791-2010-10-2-66-73
  11. Wang L., Zhao F., Wang D., Hu S., Liu J., Zhou Z. et al. Pressure drop in tortuosity/kinking of the internal carotid artery: simulation and clinical investigation. Biomed. Res. Int. 2016. DOI: 10.1155/2016/2428970
  12. Sharzehee M., Fatemifar F., Han H.C. Computational simulations of the helical buckling behavior of blood vessels. Int. J. Numer. Method. Biomed. Eng. 2019; 35 (12): 3277. DOI: 10.1002/cnm.3277
  13. Younis H.F., Kaazempur-Mofrad M.R., Chan R.C., Isasi A.G., Hinton D.P., Chau A.H. et al. Hemodynamics and wall mechanics in human carotid bifurcation and its consequences for atherogenesis: investigation of inter-individual variation. Biomech. Model. Mechanobiol. 2004; 3 (1): 17–32. DOI: 10.1007/s10237-004-0046-7
  14. Kheteeva E.E., Vinogradova E.R., Zyablova E.I., Mirzaeva M.A., Derbilova V.P. Tortuosity index of internal carotid artery as a possible stroke predictor. Journal Diagnostic & Interventional Radiology. 2023; 17 (2): 6–12 (in Russ.). DOI: 10.25512/DIR.2023.17.2.01

Об авторах

  • Хетеева Элина Эльбрусовна, сердечно-сосудистый хирург, лаборант кафедры; ORCID
  • Виноградов Роман Александрович, д-р мед. наук, профессор кафедры хирургии, заведующий отделением сосудистой хирургии; ORCID
  • Захаров Юрий Николаевич, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией, вед. сотр., заведующий кафедрой; ORCID
  • Борисов Владимир Геральдович, канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр.; ORCID
  • Зяблова Елена Игоревна, заведующая отделением рентгенологии; ORCID
  • Дербилова Виктория Павловна, сердечно-сосудистый хирург; ORCID
  • Виноградова Эльвира Романовна, студент; ORCID

 Если вы заметили опечатку, выделите текст и нажмите Alt+A